Работа транзистора на рассогласованную нагрузку Опции

[max_donetsk]

Всем привет! Ребята, подскажите, пожалуйста, прав ли я: есть усилитель, работающий в МВ - диапазоне с выходной мощностью 300 Вт. На выходе стоит транзистор, который может работать только на нагрузку, имеющую КСВ не более 1,1, таким образом отражённая мощность составляет 0,2%. Мне необходимо его нагрузить на КСВ=2,5. при таком КСВ отражается 7,4 дБ мощности. Для простоты рассуждений примем , что при КСВ=2,5 отражённая мощность составит 6 дБ от исходной. Напряжение на стоке транзистора, в зависимости, от расстояния до нагрузки, будет либо складываться, либо вычитаться.Тогда при сложении отражённого напряжения с падающим, оно составит 1,5 от исходного, либо, при вычитании, 0,5 от исходного (под исходным подразумевается амплитуда напряжения на стоке транзистора при его работе на нагрузку без отражения, т.е, идеальную). . Ясно, что при напряжении 1,5 от исходного, транзистор вылетает, таким образом, мне необходимо выставить выходную мощность таким образом, чтобы при отражении от нагрузки, суммарный вектор напряжения не превышал 1. Пусть при выходной мощности 300 Вт, на транзисторе амплитуда напряжения составляет 1 В (условно). При отражении в 6дБ, диапазон амплитуды будет лежать в пределах 0,5 - 1,5 В-этот вариант не устраивает. Теперь пусть на транзисторе амплитуда составляет 0,6 В, тогда при отражении в 6 дБ, суммарная амплитуда будет лежать в диапазоне 0,3 - 0,9 В (соотношение 1 В и 0,6 В приблизительно 5 дБ - примем 6дБ), таким образом, на идеальной нагрузке я выставляю мощность 75Вт и будет мне счастье? Я смогу тогда нагрузить транзистор на КСВ=2,5 без переживаний о его судьбе?

Сообщение отредактировал max_donetsk - Dec 19 2007, 14:03

[RFMAN]

Мощные транзисторы вылетают от превышения допустимой мощности рассеяния. Если данный транзистор отдает 300 Вт и рассеивает тоже 300 Вт (КПД 50%) при КСВ = 1.1, то при КСВ = 2.5 отразится обратно около 20% выходной мощности (60 Вт). Т.е. транзистор будет рассеивать 360 Вт, а отдавать 240 Вт. Если предельная мощность рассеяния данного транзистора составляет меньше 360 Вт, он гарантированно сгорит.

Вообще-то я не встречал мощных транзисторов, сгорающих при номинальной выходной мощности и КСВ нагрузки хуже 1,1. Во многих даташитах часто встречается предельный КСВ = 20! Т.е транзистор может спокойно рассеивать на себе двойную номинальную мощность.

P.S. В зарубежной литературе рекомендовано снимать с транзистора 60-70% от его заявленной номинальной мощности для обеспечения долговременного ресурса его работы.

Сообщение отредактировал RFMAN - Dec 19 2007, 14:22

[max_donetsk]

Во многих даташитах часто встречается предельный КСВ = 20!

А не могли бы вы дать ссылку на описания таких транзисторов или подсказать какие-нибудь мощные транзисторы, работающие на рассогласованную нагрузку 30 - 50МГц

[RFMAN]

Широкая номенклатура мощных транзисторов на такие частоты - у MA/COM, Mitsubishi. Ищите у них. Выложил два даташита для примера

Прикрепленные файлы

 DU1260T.pdf ( 184.31 килобайт ) Кол-во скачиваний: 53
 rd100hhf1.pdf ( 179.13 килобайт ) Кол-во скачиваний: 47

 

[max_donetsk]

Спасибо вам за примеры, но у меня возник следующий вопрос. Я беру транзистор RD100HHF1. В описании сказано, что он может работать при КСВ=20. Я пересчитал по его S-параметрам коэффициент устойчивости, и обнаружил, что в диапазоне до 300 MHz он является потенциально неустойчивым. К примеру, согласовываю его по входу и рисую на диаграмме Смитта окружности устойчивости на выходной плоскости. Из окружностей видно, что транзистор может работать устойчиво только там, где КСВ нагрузки не превышает 2,2. При КСВ выше 2,2, транзистор может перейти в режим генерации. Как же тогда быть с утверждением в описании, что транзистор может работать при КСВ=20?

[grandrei]

Спасибо вам за примеры, но у меня возник следующий вопрос. Я беру транзистор RD100HHF1. В описании сказано, что он может работать при КСВ=20. Я пересчитал по его S-параметрам коэффициент устойчивости, и обнаружил, что в диапазоне до 300 MHz он является потенциально неустойчивым. К примеру, согласовываю его по входу и рисую на диаграмме Смитта окружности устойчивости на выходной плоскости. Из окружностей видно, что транзистор может работать устойчиво только там, где КСВ нагрузки не превышает 2,2. При КСВ выше 2,2, транзистор может перейти в режим генерации. Как же тогда быть с утверждением в описании, что транзистор может работать при КСВ=20?

Транзистор сам по себе может быть неустойчив, однако, чтобы сделать усилитель на его основе устойчивым, нужно соотвествующим образом выбрать параметры входной и выходной согласующих цепей, а возможно и ввести резистивные элементы на его входе. Что же касается проблем с выходным КСВ, то тут два главных аспекта: первый - это когда нагрузка велика, что ведет к выходу из строя транзистора по напряжению пробоя, а второй - это когда нагрузка мала, что ведет к увеличению выходной мошности и соответственно постоянному току через транзистор и возможному пробою по максимальному току. Когда пишут, что транзистор может работать при КСВ = 20, то это означает, что он согласован по критерию безусловной устойчивости, а нагрузка меняется по окружности с этим КСВ, и обычно такой транзистор имеет пробойное напряжение много раз превышающее напряжение питания.

[RFMAN]

Я беру транзистор RD100HHF1. В описании сказано, что он может работать при КСВ=20. Я пересчитал по его S-параметрам коэффициент устойчивости, и обнаружил, что в диапазоне до 300 MHz он является потенциально неустойчивым.

Данные S-параметры приведены для малосигнального режима при небольшом токе покоя. В режиме большого сигнала S-параметры и вычисленный на их основе коэффициент устойчивости будут уже другими. Определение S-параметров для режима большого сигнала - достаточно трудоемкая операция, требующая наличия прецизионной измерительной установки и приборов (например, анализатор цепей).

Когда пишут, что транзистор может работать при КСВ = 20, то это означает, что он согласован по критерию безусловной устойчивости, а нагрузка меняется по окружности с этим КСВ, и обычно такой транзистор имеет пробойное напряжение много раз превышающее напряжение питания.

Не совсем так. Усилитель может и не быть абсолютно устойчивым. Главное - чтобы транзистор при плохом КСВ остался живой и не деградировал. Так и в даташите пишут - "load vswr tolerance - [значение КСВ, мощность, напряжение питания] - no destroy". А гудит он при этом или нет - никому не интересно.

Кстати, ведь КСВ = 20 - это фактически либо обрыв кабеля у самого выхода усилителя (ХХ) либо КЗ, т.е. выходная мощность отсутствует по любому. Гораздо важнее определить устойчивость при сравнительно небольших КСВ (2,5...4), когда бОльшая часть мощности идет на выход и паразитные "палки" спектра будут ощутимо вредить в эфире.

Метод определения стабильности таков. Для симуляции рассогласования на выход усилителя мощности включают направленный ответвитель (через который подключен анализатор спектра) и далее - специальную тестовую нагрузку, которая состоит из мощного П-образного аттенюатора и и двух последовательных перестраиваемых LC-контуров. Аттенюатором подбирается модуль КСВ, емкостью контура - фаза КСВ, при этом наблюдают спектр на предмет появления паразитных составляющих.

В хорошем усилителе мощности следует предусмотреть автоматическую регулировку мощности в зависимости от КСВ. При плохом КСВ схема АРМ будет снижать смещение усилителя, а следовательно и его выходную мощность, предотвращая выход транзистора из строя. Ищите сервис-манаулы мощных трансиверов и ретрансляторов - там таких схем АРМ тьма.

Сообщение отредактировал RFMAN - Dec 21 2007, 06:07

[grandrei]

Не совсем так. Усилитель может и не быть абсолютно устойчивым. Главное - чтобы транзистор при плохом КСВ остался живой и не деградировал. Так и в даташите пишут - "load vswr tolerance - [значение КСВ, мощность, напряжение питания] - no destroy". А гудит он при этом или нет - никому не интересно.

Кстати, ведь КСВ = 20 - это фактически либо обрыв кабеля у самого выхода усилителя (ХХ) либо КЗ, т.е. выходная мощность отсутствует по любому. Гораздо важнее определить устойчивость при сравнительно небольших КСВ (2,5...4), когда бОльшая часть мощности идет на выход и паразитные "палки" спектра будут ощутимо вредить в эфире.

В хорошем усилителе мощности следует предусмотреть автоматическую регулировку мощности в зависимости от КСВ. При плохом КСВ схема АРМ будет снижать смещение усилителя, а следовательно и его выходную мощность, предотвращая выход транзистора из строя. Ищите сервис-манаулы мощных трансиверов и ретрансляторов - там таких схем АРМ тьма.

Если речь идет о промышленном образце, то на самом деле важно, чтобы он был также и абсолютно устойчивым при таком КСВ, поскольку помимо требований невыхода его из строя, нужно также соблюдать требования чистоты спектра или spurious, которые обычно составляют -60-70 дБc. Автоматическая регулировка - дело хорошее, но опять же зависит от требований, поскольку приходится снижать мощность, которая и так уменьшается при большой нагрузке. А, например, в передатчиках мобильных телефонов сейчас одно из требований - это минимальное изменение выходной мощности как функции от КСВ. И один из методов - это использование на выходе 90-градусных ответвителей для этого.